WO2023248730A1

WO2023248730A1 - 受電装置、光給電システム及び受電方法

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Publication number: WO2023248730A1
Application number: PCT/JP2023/020041
Authority: WO
Inventors: 良之木村; 浩之山路
Original assignee: 京セラ株式会社
Priority date: 2022-06-20
Filing date: 2023-05-30
Publication date: 2023-12-28

Abstract

受電装置は、入射された給電光を電力に変換する第１受光部と、給電光を電気信号に変換する第２受光部と、第２受光部で変換された電気信号を復調して情報を取得する復調部と、を備える。給電光には、変調により情報が予め重畳されている。

Description

受電装置、光給電システム及び受電方法

　本開示は、受電装置、光給電システム及び受電方法に関する。

　近時、電力を光（給電光と呼ばれる）に変換して伝送し、当該給電光を電気エネルギーに変換して電力として利用する光給電システムが研究されている。
　特許文献１には、電気信号で変調された信号光、及び電力を供給するための給電光を発信する光発信機と、上記信号光を伝送するコア、上記コアの周囲に形成され上記コアより屈折率が小さく上記給電光を伝送する第１クラッド、及び上記第１クラッドの周囲に形成され上記第１クラッドより屈折率が小さい第２クラッド、を有する光ファイバーと、上記光ファイバーの第１クラッドで伝送された上記給電光を変換した電力で動作し、上記光ファイバーのコアで伝送された上記信号光を上記電気信号に変換する光受信機と、を備えた光通信装置が記載されている。

特開２０１０－１３５９８９号公報

　光給電システムにおいて給電光に情報を挿入することで電力と情報とを同時に伝送できると有用である。
　本開示は、給電光を介して電力と情報を同時に伝送することを目的とする。

　本開示に係る受電装置は、
　入射された給電光を電力に変換する第１受光部と、
　前記給電光を電気信号に変換する第２受光部と、
　前記第２受光部で変換された電気信号を復調して情報を取得する復調部と、
　を備え、
　前記給電光には、変調により前記情報が予め重畳されている。

　本開示に係る光給電システムは、
　給電装置と受電装置を備え、
　前記給電装置は、変調により情報を重畳させた給電光を出力し、
　前記受電装置は、
　入射された前記給電光を電力に変換する第１受光部と、
　前記第１受光部の受光面で反射された前記給電光を電気信号に変換する第２受光部と、
　前記第２受光部で変換された電気信号を復調して前記情報を取得する復調部と、
　を有する。
　また、本開示に係る光給電システムは、
　給電装置と受電装置を備え、
　前記給電装置は、変調により情報を重畳させた給電光を出力し、
　前記受電装置は、
　入射された前記給電光を電力に変換する第１受光部と、
　前記第１受光部の受光面を透過した前記給電光を電気信号に変換する第２受光部と、
　前記第２受光部で変換された電気信号を復調して前記情報を取得する復調部と、
　を有する。

　本開示に係る受電方法は、
　変調により情報が予め重畳された給電光を、第１受光部で受光して電力に変換する工程と、
　前記第１受光部の受光面で反射された前記給電光を、第２受光部で受光して電気信号に変換する工程と、
　前記第２受光部で変換された電気信号を復調して前記情報を取得する工程と、
　を含む。
　また、本開示に係る受電方法は、
　変調により情報が予め重畳された給電光を、第１受光部で受光して電力に変換する工程と、
　前記第１受光部の受光面を透過した前記給電光を、第２受光部で受光して電気信号に変換する工程と、
　前記第２受光部で変換された電気信号を復調して前記情報を取得する工程と、
　を含む。

　本開示によれば、給電光を介して電力と情報を同時に伝送することができる。

本開示の第１実施形態に係る光給電システムの構成図である。本開示の第１実施形態に係る給電光の出力波形例を示す図である。本開示の第１実施形態に係る受光室を示す図である。本開示の第１実施形態に係る受光室の変形例を示す図である。本開示の第１実施形態に係る受光室の変形例を示す図である。本開示の第１実施形態に係る受光室の変形例を示す図である。本開示の第２実施形態に係る光給電システムの構成図である。本開示の第２実施形態に係る受光室の変形例等を示す図である。本開示の第２実施形態に係る受光室の変形例等を示す図である。本開示の第２実施形態に係る受光室の変形例等を示す図である。本開示の第３実施形態に係る光給電システムの構成図である。本開示の第３実施形態に係る光給電システムの構成図であって、光コネクタ等を図示したものである。本開示の第１実施形態に係る第２受光部の変形例等を示す図である。本開示の第１実施形態に係る第２受光部の変形例等を示す図である。本開示の第１実施形態に係る第２受光部の変形例等を示す図である。本開示の第２実施形態に係る第２受光部の変形例等を示す図である。本開示の第２実施形態に係る第２受光部の変形例等を示す図である。

　以下に本開示の一実施形態につき図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
　図１に示すように本実施形態の光給電システム１Ａは、給電装置（PSE:Power Sourcing Equipment）１１０と、受電装置（PD:Powered Device）３１０を備える。光給電システム１Ａは、給電装置１１０が生成した給電光１１２を、空間を介して受電装置３１０に伝送する。このような空間伝送の光給電方式は、ＰｏＡ（Power over Air）と呼ばれる。
　なお、本開示における給電装置は電力を光エネルギーに変換して供給する装置であり、受電装置は光エネルギーの供給を受け当該光エネルギーを電力に変換する装置である。また、本開示では、給電光により電力と情報（データ）とが伝送される。

　給電装置１１０は、給電用半導体レーザー１１１と、給電制御部１５０を含む。
　給電装置１１０は電源に接続され、給電用半導体レーザー１１１等が電気駆動される。
　給電用半導体レーザー１１１は、上記電源からの電力によりレーザー発振して給電光１１２を出力する。
　給電装置１１０は、例えばコリメータレンズ等のレンズ１１５を有し、給電用半導体レーザー１１１から出射される給電光１１２を、レンズ１１５を介して空間に送出する。なお、給電光１１２の拡がりが小さい場合などにはレンズ１１５は無くてもよい。

　給電制御部１５０は、給電用半導体レーザー１１１のレーザー発振を制御して給電光１１２の出力を制御する。給電制御部１５０は、給電光１１２のレーザー出力をパルス変調することにより、給電光１１２に情報を重畳させる。具体的には、図２に示すように、給電制御部１５０は、送信する情報に基づいて、給電光１１２の出力をパルス状に変化させてパルス波形の出力変化部分Ｐｗを生成する。このとき、給電制御部１５０は、所定のベース出力（基本出力）Ｐｂを保持しつつ、当該ベース出力Ｐｂにパルス波形の出力変化部分Ｐｗを重畳させる。ただし、ベース出力Ｐｂは一定でなくともよい。
　なお、図２では、レーザー出力を二値化した例を示したが、より多値化した高次のデジタル変調を行ってもよいし、アナログ変調を行ってもよい。
　また、給電光１１２に重畳させる情報は特に限定されない。例えば、給電装置１１０の電力伝送状態を受電装置３１０に通知する（これから給電量を上げる等）信号や、受電装置３１０の機器（又は外部機器）を制御する信号などでもよい。

　受電装置３１０は、給電装置１１０からの給電光１１２を受ける受光室３１２を含む。
　受光室３１２は、パワーを有しない平行平板又は集光レンズなどのレンズ３１３を、給電装置１１０側の壁部の開口３１２ｂに有する。給電装置１１０からの給電光１１２は、レンズ３１３を透過して受光室３１２内に入射する。ただし、受光室３１２はレンズ３１３を有さずに、給電光１１２が直接に内部に入射されてもよい。

　図３Ａに示すように、受光室３１２の内部には、光電変換素子である２つの受光部３１１（第１受光部３１１ａ、第２受光部３１１ｂ）が収容されている。
　このうち、第１受光部３１１ａは、受光室３１２内のうち、レンズ３１３（開口３１２ｂ）に対向する部分に配置されている。レンズ３１３を透過して受光室３１２内に入射した給電光１１２は、まず第１受光部３１１ａに入射する。第１受光部３１１ａは、その受光面３１１ａｆに入射した給電光１１２を電力に変換する。第１受光部３１１ａにより変換された電力が、受電装置３１０内で必要な駆動電力とされる。さらに受電装置３１０は、第１受光部３１１ａにより変換された電力を外部機器用に出力してもよい。

　第２受光部３１１ｂは、受光室３１２内のうち、第１受光部３１１ａに対して側方側の壁部であってその近傍に配置されている。第２受光部３１１ｂは、第１受光部３１１ａの受光面３１１ａｆで反射されて自身の受光面３１１ｂｆに入射した給電光１１２（反射光１１３）を、電気信号に変換する。これにより、給電光１１２のうち第１受光部３１１ａで電力として変換されなかった余剰分（すなわち反射光１１３）が第２受光部３１１ｂによって変換され、出力変化部分Ｐｗに対応するパルス信号を有する電気信号が得られる。
　なお、受光室３１２内における第２受光部３１１ｂの位置は、反射光１１３が入射する位置であれば、特に限定されない。例えば、第２受光部３１１ｂは、図３Ｂに示すように第１受光部３１１ａと並設されてもよいし、図３Ｃに示すように第１受光部３１１ａと対向する壁部に配置されてもよい。
　また、図３Ｄに示すように、受光室３１２内に、第１受光部３１１ａと第２受光部３１１ｂとの間を仕切る仕切り壁３１２ｃを設けてもよい。第２受光部３１１ｂの位置は、仕切り壁３１２ｃを介して第１受光部３１１ａと反対側であれば、受光室３１２のいずれの壁部であってもよい。仕切り壁３１２ｃには、反射光１１３を通過させるための導光部３１２ｄが形成されている。導光部３１２ｄは、例えばピンホール等の貫通孔である。また、導光部３１２ｄを通過する反射光１１３を第２受光部３１１ｂに集光させるための光学系を、当該導光部３１２ｄの近傍に設けてもよい。

　受光室３１２の内壁面３１２ａは、光を拡散させる多数の凹凸を有する梨地面となっている。また、当該内壁面３１２ａを梨地面とするのに代えて（又はこれと併せて）、当該内壁面３１２ａを光の吸収率が高い（又は光の反射率が低い）色に構成してもよい。その着色手法は特に限定されない。ここで「光の吸収率が高い色」とは、例えば黒色又はこれに準じる色を含む。また、内壁面３１２ａのうち梨地面又は高吸収率の色に構成する部分は、少なくとも一部を含めば、全面でなくともよい。
　第２受光部３１１ｂ（光電変換素子）は、光の強さに応じた分解能で電気出力を行うため、入射光が強すぎると情報を抽出しにくくなるおそれがある。そのため、梨地面又は高吸収率の色に構成された内壁面３１２ａで反射光１１３を拡散又は吸収させて適度に弱めることによって、第２受光部３１１ｂで好適に情報を抽出することができる。この場合、内壁面３１２ａでの拡散又は吸収の程度を決める構成（梨地面における凹凸の具体構成、又は色の濃さ等）は、上述した第２受光部３１１ｂと第１受光部３１１ａとの位置関係も含めて、第２受光部３１１ｂの光電変換特性に応じたものとするのがよい。また、第２受光部３１１ｂでの光電変換は、光が弱い領域では電圧でこれを検知し、光が強い領域では電流でこれを検知することで、より好適に情報を抽出できる場合がある。

　なお、第２受光部３１１ｂは、受電装置３１０に入射した給電光１１２を電気信号に変換するものであればよい。すなわち、第２受光部３１１ｂに入射する給電光１１２は、第１受光部３１１ａの受光面３１１ａｆで反射されたものに限定されない。
　例えば、第２受光部３１１ｂは、図８Ａに示すように、第１受光部３１１ａ（の受光面３１１ａｆ）を透過した給電光１１２（透過光１１４）を電気信号に変換するものであってもよい。
　この場合、第２受光部３１１ｂは、例えば第１受光部３１１ａの背面側（受光面３１１ａｆとは反対側）に、当該第１受光部３１１ａに近接（又は接触）させて配置される。これにより、第１受光部３１１ａの背面から漏れた透過光１１４が第２受光部３１１ｂによって変換され、電気信号が得られる。なお、第２受光部３１１ｂの位置は、透過光１１４が入射する位置であれば特に限定されず、例えば第１受光部３１１ａの側方でもよい。第２受光部３１１ｂの大きさは第１受光部３１１ａよりも小さくてよい。
　また、図８Ｂに示すように、第１受光部３１１ａの背面に遮光板３１１ａｇ（反射板等を含む）を配置し、当該遮光板３１１ａｇにピンホール又はスリット等の孔部３１１ａｈを設けてもよい。遮光板３１１ａｇは、第１受光部３１１ａと第２受光部３１１ｂの間に配置されていればよい。これにより、孔部３１１ａｈから透過光１１４を通過させて、当該透過光１１４の位置等を制御できる。
　また、図８Ｃに示すように、遮光板３１１ａｇの孔部３１１ａｈからの透過光１１４を第２受光部３１１ｂに入射させるととともに、遮光板３１１ａｇ以外の部分からの透過光１１４を光導波路３１６に入射させてもよい。光導波路３１６の入光面には、透過光１１４をガイド（集光）させてもよい。これにより、第２受光部３１１ｂに入射させるもの以外の余剰の透過光１１４を、別の信号源として利用することができる。またこの場合、光導波路３１６と第１受光部３１１ａとの間にシャッター（図示省略）を配置し、当該シャッターの開閉により透過光１１４に情報を重畳させてもよい。

　また、受電装置３１０は、図１に示すように、受光室３１２の外部に復調回路３７０を備える。
　復調回路３７０は、第２受光部３１１ｂにより給電光１１２から変換された電気信号（すなわち出力変化部分Ｐｗに対応するパルス信号）を復調し、給電光１１２に予め重畳されていた情報を取得する。取得された情報は、その内容に応じて、受電装置３１０の制御部等に出力されたり、外部機器に出力されたりする。

　給電用半導体レーザー１１１及び２つの受光部３１１の各々は、レーザー波長５００ｎｍ以下のレーザー媒体を含む光電変換素子である。より詳しくは、給電用半導体レーザー１１１及び２つの受光部３１１の光‐電気間の変換効果を奏する半導体領域を構成する半導体材料が、５００ｎｍ以下の短波長のレーザー波長をもった半導体とされる。
　短波長のレーザー波長をもった半導体は、バンドギャップが大きく光電変換効率が高いので、光給電の発電側及び受電側における光電変換効率が向上され、光給電効率が向上する。
　そのためには、同半導体材料として、例えば、ダイヤモンド、酸化ガリウム、窒化アルミニウム、ＧａＮ等、レーザー波長（基本波）が２００～５００ｎｍのレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
　また、同半導体材料として、２．４ｅＶ以上のバンドギャップを有した半導体が適用される。
　例えば、ダイヤモンド、酸化ガリウム、窒化アルミニウム、ＧａＮ等、バンドギャップ２．４～６．２ｅＶのレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
　なお、レーザー光は長波長ほど伝送効率が良く、短波長ほど光電変換効率が良い傾向にある。したがって、長距離伝送の場合には、レーザー波長（基本波）が５００ｎｍより大きいレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。また、光電変換効率を優先する場合には、レーザー波長（基本波）が２００ｎｍより小さいレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
　これらの半導体材料は、給電用半導体レーザー１１１及び２つの受光部３１１の少なくとも１つに適用すればよい。給電側又は受電側における光電変換効率が向上され、光給電効率が向上する。

　以上のように、第１実施形態によれば、第１受光部３１１ａに入射した給電光１１２が当該第１受光部３１１ａで電力に変換される。一方、第２受光部３１１ｂに入射した給電光１１２は当該第２受光部３１１ｂで電気信号に変換される。そして、この電気信号が復調回路３７０で復調されて、給電光１１２に予め重畳されていた情報が取得される。
　これにより、給電光１１２を介して電力と情報を同時に伝送することができる。

　また、本実施形態によれば、第２受光部３１１ｂは、第１受光部３１１ａの受光面３１１ａｆで反射された給電光１１２（反射光１１３）を電気信号に変換する。
　これにより、給電光１１２のうちの主たる部分を第１受光部３１１ａで好適に電力変換しつつ、第１受光部３１１ａで電力変換されなかった余剰分（すなわち反射光１１３）から好適に情報を抽出できる。

　また、本実施形態によれば、第１受光部３１１ａと第２受光部３１１ｂが同一の受光室３１２内に収容されている。
　これにより、第１受光部３１１ａと第２受光部３１１ｂを近傍に配置して、第１受光部３１１ａでの反射光１１３を好適に第２受光部３１１ｂに入射させることができる。

　また、本実施形態によれば、受光室３１２の内壁面３１２ａは、光を拡散させる凹凸を有するか、光の吸収率が高い色に構成されているか、又はその双方の構成を有している。
　これにより、第１受光部３１１ａで反射された反射光１１３を内壁面３１２ａで拡散又は吸収させて好適に弱めることができる。したがって、第２受光部３１１ｂの光電変換特性に対応した強さの反射光１１３を当該第２受光部３１１ｂに入射させることができ、ひいては、反射光１１３から好適に情報を抽出することができる。

　また、本実施形態によれば、給電光１１２は、所定のベース出力Ｐｂに、情報を変調した出力変化部分Ｐｗが重畳されている。
　したがって、第１受光部３１１ａでの給電光１１２の光電変換によって、少なくともベース出力Ｐｂに対応する電力を安定的に取得することができる。

　また、本実施形態によれば、第２受光部３１１ｂは、第１受光部３１１ａの受光面３１１ａｆを透過した給電光１１２（透過光１１４）を電気信号に変換するものでもよい。
　これにより、給電光１１２のうちの主たる部分を第１受光部３１１ａで好適に電力変換しつつ、第１受光部３１１ａで電力変換されなかった余剰分（すなわち透過光１１４）から好適に情報を抽出できる。
　またこの場合、第２受光部３１１ｂを第１受光部３１１ａに近接させて配置できる。ひいては、受電装置３１０をコンパクトに構成できる。
　さらにこの場合、第１受光部３１１ａからの透過光１１４を第２受光部３１１ｂに入射させやすいため、第２受光部３１１ｂに第１受光部３１１ａよりも小さいものを適用できる。ひいては、第２受光部３１１ｂとして、より反応の高速なものを利用できる。

　また、本実施形態によれば、第１受光部３１１ａと第２受光部３１１ｂの間に配置された遮光板３１１ａｇが、第１受光部３１１ａの受光面３１１ａｆを透過した給電光１１２（透過光１１４）を通過させる孔部３１１ａｈを有してもよい。
　これにより、孔部３１１ａｈから透過光１１４を通過させて、当該透過光１１４の位置等を好適に制御できる。

　また、本実施形態によれば、第１受光部３１１ａの受光面３１１ａｆを透過した給電光１１２（透過光１１４）を、光導波路３１６に入射させてもよい。
　これにより、透過光１１４を別の信号源として利用することができる。

〔第２実施形態〕
　図４に示すように、本実施形態の光給電システム１Ｂは、給電装置１１０と、光ファイバーケーブル２００と、受電装置３１０を備える。光給電システム１Ｂは、給電装置１１０が生成した給電光１１２を、光ファイバーケーブル２００を介して受電装置３１０に伝送する。このような光給電方式は、光ファイバー給電（ＰｏＦ：Power over Fiber）と呼ばれる。本実施形態の光給電システム１Ｂは、光ファイバーケーブル２００を介して給電光１１２を伝送する点で上記第１実施形態と異なる。

　光ファイバーケーブル２００は、給電光の伝送路を形成する光ファイバー２５０を含む。
　光ファイバーケーブル２００は、一端２０１が給電装置１１０に接続可能とされ、他端２０２が受電装置３１０に接続可能とされ、給電光１１２を伝送する。
　給電装置１１０では、給電制御部１５０が給電光１１２のレーザー出力をパルス変調することにより、情報が重畳された給電光１１２が出力される。給電装置１１０からの給電光１１２は、光ファイバーケーブル２００の一端２０１に入力され、光ファイバー２５０中を伝搬し、他端２０２から受電装置３１０に出力される。

　光ファイバーケーブル２００から受電装置３１０に出力された給電光１１２は、受光室３１２内の第１受光部３１１ａに入射して電力に変換される。受光室３１２内に入射した給電光１１２のうち、第１受光部３１１ａの受光面３１１ａｆで反射されたもの（反射光１１３）は、第２受光部３１１ｂで電気信号に変換され、復調回路３７０で復調されて、予め給電光１１２に重畳されていた情報が取得される。

　給電用半導体レーザー１１１及び２つの受光部３１１の各々は、光－電気間の変換効果を奏する半導体領域を構成する半導体材料として上記第１実施形態と同様のものを含む。これにより、高い光給電効率が実現される。

　以上のように構成された光給電システム１Ｂによっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

　なお、受光室３１２では、図５Ａに示すように、光ファイバー２５０がその内部（例えば第１受光部３１１ａの直前）まで挿入されていてもよい。光ファイバー２５０の出光面２５１は、第１受光部３１１ａの受光面３１１ａｆに正対している。つまり、出光面２５１からの光の出射方向は、受光面３１１ａｆに略直交している。ただし、出光面２５１からの光の出射方向は、第１受光部３１１ａの受光面３１１ａｆに対して傾斜していてもよい。
　また、図５Ｂに示すように、第２受光部３１１ｂは、光を伝搬させる連結光路３１４を介して受光室３１２と連結された第２受光室３１５内に収容されていてもよい。連結光路３１４及び第２受光室３１５の内壁面は、受光室３１２の内壁面３１２ａと同様に、凹凸を有する梨地面及び／又は光の吸収率が高い色に構成してもよい。

　あるいは、図５Ｃに示すように、受光室３１２を設けずに光ファイバー２５０と２つの受光部３１１を直接連結させてもよい。この場合、第１受光部３１１ａは、光ファイバー２５０の出光面２５１に受光面３１１ａｆを近接させて対向させている。第２受光部３１１ｂは、光ファイバー２５０のうち、出光面２５１よりも給電光１１２の上流側の導波路部分に、受光面３１１ｂｆを対向させている。
　このような構成により、受光室３１２を省いて簡便な構成とするとともに、光ファイバー２５０の長手方向に比較的自由に第２受光部３１１ｂを配置することができる。

　また、第２受光部３１１ｂは、光ファイバー２５０から第１受光部３１１ａに照射される光（給電光１１２）を好適に回避できる（遮らない）位置に配置してもよい。
　具体的には、図９Ａに示すように、第２受光部３１１ｂは、光ファイバー２５０の出光面２５１から照射される光の照射範囲Ｒ外に配置してもよい。照射範囲Ｒは、光ファイバー２５０の出光面２５１からの光の出射方向ＬＤを中心軸とし、光の出射角θの２倍を頂角とする円錐状の範囲である。出射角θは以下の式（１）で定義される。
　　　　ＮＡ＝ｎ・sinθ　　　　　　　　・・・（１）
　ただし、ＮＡは光ファイバー２５０の開口数であり、ｎは空気の屈折率（≒１）である。

　また、図９Ｂに示すように、第２受光部３１１ｂは、光ファイバー２５０の出光面２５１から出射方向ＬＤ（出射中心）に出射して受光面３１１ａｆで正反射された光の反射軌道ＲＴ上にできるだけ近接した位置に配置してもよい。本実施形態では、第２受光部３１１ｂが、当該反射軌道ＲＴから所定の距離内に配置されている。
　これにより、反射軌道ＲＴ上により多く分布する反射光１１３を好適に第２受光部３１１ｂに入射させ、第２受光部３１１ｂの受光量を増加させることができる。
　なお、図９Ｂでは、分かり易さのために、出射方向ＬＤが受光面３１１ａｆに対して傾斜した状態を例示したが、出射方向ＬＤが受光面３１１ａｆに直交する場合には、出射方向ＬＤと反射軌道ＲＴが略一致する。

　さらに、第２受光部３１１ｂは、光ファイバー２５０の出光面２５１からの光の出射方向ＬＤと受光面３１１ａｆとの交点ＰＩにできるだけ近接した位置に配置されてもよい。
　これにより、光の出射方向ＬＤと受光面３１１ａｆとの交点ＰＩの周囲により多く分布する反射光１１３を好適に第２受光部３１１ｂに入射させ、第２受光部３１１ｂの受光量を増加させることができる。

〔第３実施形態〕
　図６に示すように、本実施形態の光給電システム１Ｃは、光ファイバーを介した給電システムと光通信システムとを含むものであり、給電装置（PSE:Power Sourcing Equipment）１１０を含む第１のデータ通信装置１００と、光ファイバーケーブル２００Ｃと、受電装置（PD:Powered Device）３１０を含む第２のデータ通信装置３００とを備える。
　給電装置１１０は、給電用半導体レーザー１１１と給電制御部１５０を含む。第１のデータ通信装置１００は、給電装置１１０のほか、受信部１３０を含む。第１のデータ通信装置１００は、データ端末装置(DTE(Date Terminal Equipment))、中継器(Repeater)等に相当する。受信部１３０は、信号用フォトダイオード１３１を含む。

　光ファイバーケーブル２００Ｃは、信号光の伝送路を形成するコア２１０Ｃと、コア２１０Ｃの外周に配置され、給電光の伝送路を形成するクラッド２２０Ｃと有する光ファイバー２５０Ｃを含む。

　受電装置３１０は、２つの受光部３１１を収容する受光室３１２と、復調回路３７０とを含む。第２のデータ通信装置３００は、受電装置３１０のほか、発信部３２０と、データ処理ユニット３４０とを含む。第２のデータ通信装置３００は、パワーエンドステーション(Power End Station)等に相当する。発信部３２０は、信号用半導体レーザー３２１と、モジュレーター３２２とを含む。データ処理ユニット３４０は、受信した信号を処理するユニットである。また、第２のデータ通信装置３００は、給電ネットワークにおけるノードである。または第２のデータ通信装置３００は、他のノードと通信するノードでもよい。

　第１のデータ通信装置１００は電源に接続され、給電用半導体レーザー１１１、信号用フォトダイオード１３１等が電気駆動される。また、第１のデータ通信装置１００は、給電ネットワークにおけるノードである。または第１のデータ通信装置１００は、他のノードと通信するノードでもよい。
　給電用半導体レーザー１１１は、上記電源からの電力によりレーザー発振して給電光１１２を出力する。このとき、給電制御部１５０は、給電用半導体レーザー１１１のレーザー発振を制御して給電光１１２のレーザー出力をパルス変調することにより、給電光１１２に情報を重畳させる。

　第１受光部３１１ａは、光ファイバーケーブル２００Ｃを通して伝送されてきた給電光１１２を電力に変換する。得られた電力は、発信部３２０及びデータ処理ユニット３４０の駆動電力、その他の第２のデータ通信装置３００内で必要となる駆動電力とされる。さらに第２のデータ通信装置３００は、得られた電力を外部機器用に出力可能とされていてもよい。
　第２受光部３１１ｂは、第１受光部３１１ａの受光面３１１ａｆで反射された給電光１１２（反射光１１３）を、電気信号に変換する。復調回路３７０は、第２受光部３１１ｂで変換された電気信号を復調して、予め給電光１１２に重畳されていた情報を抽出する。取得された情報は、その内容に応じて、データ処理ユニット３４０に出力されたり、外部機器に出力されたりする。

　データ処理ユニット３４０は、入力されたデータをノードに送信し、その一方で当該ノードからデータを受信し、送信データ３２４としてモジュレーター３２２に出力する。
　発信部３２０のモジュレーター３２２は、信号用半導体レーザー３２１からのレーザー光３２３を送信データ３２４に基づき変調して信号光３２５として出力する。
　受信部１３０の信号用フォトダイオード１３１は、光ファイバーケーブル２００Ｃを通して伝送されてきた信号光３２５を電気信号に復調し出力する。当該電気信号によるデータがノードに送信される。当該ノードからのデータは、給電制御部１５０が給電用半導体レーザー１１１を制御して給電光１１２に重畳させる情報とされてもよい。

　第１のデータ通信装置１００からの給電光１１２が、光ファイバーケーブル２００Ｃの一端２０１Ｃに入力され、クラッド２２０Ｃを伝搬し、他端２０２Ｃから第２のデータ通信装置３００に出力される。
　第２のデータ通信装置３００からの信号光３２５が、光ファイバーケーブル２００Ｃの他端２０２Ｃに入力され、コア２１０Ｃを伝搬し、一端２０１Ｃから第１のデータ通信装置１００に出力される。

　なお、図７に示すように、第１のデータ通信装置１００に光入出力部１４０とこれに付設された光コネクタ１４１が設けられる。また、第２のデータ通信装置３００に光入出力部３５０とこれに付設された光コネクタ３５１が設けられる。光ファイバーケーブル２００Ｃの一端２０１Ｃに設けられた光コネクタ２３０Ｃが光コネクタ１４１に接続する。光ファイバーケーブル２００Ｃの他端２０２Ｃに設けられた光コネクタ２４０Ｃが光コネクタ３５１に接続する。光入出力部１４０は、給電光１１２をクラッド２２０Ｃに導光し、信号光３２５を受信部１３０に導光する。光入出力部３５０は、給電光１１２を受電装置３１０に導光し、信号光３２５をコア２１０Ｃに導光する。
　以上のように、光ファイバーケーブル２００Ｃは、一端２０１Ｃが第１のデータ通信装置１００に接続可能とされ、他端２０２Ｃが第２のデータ通信装置３００に接続可能とされ、給電光１１２を伝送する。さらに本実施形態では、光ファイバーケーブル２００Ｃは、信号光３２５を伝送する。

　なお、信号光３２５を伝送する光ファイバーと、給電光１１２を伝送する光ファイバーとを別々に設けてもよい。光ファイバーケーブル２００Ｃも複数本で構成してもよい。
　また、信号光３２５と給電光１１２とのうち、いずれか一方はＰｏＡ方式で空間を介して伝送させ、他方はＰｏＦ方式で光ファイバーを介して伝送させてもよい。
　また、給電光１１２は、一部の区間では光ファイバーを介して伝送させ、別の一部の区間では空間を介して伝送させてもよい。空間伝送区間の始端にはコリメータレンズ等のレンズを配置してもよい。光ファイバー伝送区間の終端には集光レンズ又は拡散レンズ等のレンズを配置してもよい。

　以上、本開示の各実施形態について説明した。しかし、本開示の内容は、上記実施形態に限られるものではない。実施形態で示した細部等は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

　以下、本開示の一実施形態を示す。一実施形態において、
　（１）受電装置は、
　入射された給電光を電力に変換する第１受光部と、
　前記第１受光部の受光面で反射された前記給電光を電気信号に変換する第２受光部と、
　前記第２受光部で変換された電気信号を復調して情報を取得する復調部と、
　を備え、
　前記給電光には、変調により前記情報が予め重畳されている。

　（２）上記（１）に記載の受電装置において、
　前記第１受光部及び前記第２受光部を内部に収容する受光室を備え、
　前記受光室は、前記第１受光部の受光面に対向する部分に、前記給電光を外部から入射させる開口を有する。

　（３）上記（２）に記載の受電装置において、
　前記受光室の内壁面は、光を拡散させる凹凸を有するか、光の吸収率が高い色に構成されているか、又はその双方の構成を有する。

　（４）上記（１）から（３）のいずれかの受電装置において、
　前記給電光は、所定の基本出力に、前記情報を変調した出力変化部分が重畳されている。

　（５）上記（１）から（４）のいずれかの受電装置において、
　前記給電光を伝送する光ファイバーを備え、
　前記第１受光部は、前記光ファイバーの出光面に受光面を対向させ、
　前記第２受光部は、前記光ファイバーのうち前記出光面よりも前記給電光の上流側の導波路部分に受光面を対向させている。

　（６）上記（１）から（５）のいずれかの受電装置において、
　前記第１受光部及び前記第２受光部の各々は、レーザー波長５００ｎｍ以下のレーザー媒体を含む光電変換素子である。

　（７）光給電システムは、
　給電装置と受電装置を備え、
　前記給電装置は、変調により情報を重畳させた給電光を出力し、
　前記受電装置は、
　入射された前記給電光を電力に変換する第１受光部と、
　前記第１受光部の受光面で反射された前記給電光を電気信号に変換する第２受光部と、
　前記第２受光部で変換された電気信号を復調して前記情報を取得する復調部と、
　を有する。

　（８）受電方法は、
　変調により情報が予め重畳された給電光を、第１受光部で受光して電力に変換する工程と、
　前記第１受光部の受光面で反射された前記給電光を、第２受光部で受光して電気信号に変換する工程と、
　前記第２受光部で変換された電気信号を復調して前記情報を取得する工程と、
　を含む。

　以上のように、本発明は、給電光を介して電力と情報を同時に伝送するのに有用である。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ　光給電システム
１１０　　給電装置
１１１　　給電用半導体レーザー
１１２　　給電光
１１３　　反射光
１１４　　透過光
１５０　　給電制御部
２５０、２５０Ｃ　光ファイバー
２５１　　出光面
３１０　　受電装置
３１１　　受光部
３１１ａ　第１受光部
３１１ａｆ　受光面
３１１ａｇ　遮光板
３１１ａｈ　孔部
３１１ｂ　第２受光部
３１１ｂｆ　受光面
３１２　　受光室
３１２ａ　内壁面
３１２ｂ　開口
３１６　　光導波路
３７０　　復調回路（復調部）
Ｐｂ　　　ベース出力（基本出力）
Ｐｗ　　　出力変化部分
Ｒ　　　　照射範囲
θ　　　　出射角

Claims

　入射された給電光を電力に変換する第１受光部と、
　前記給電光を電気信号に変換する第２受光部と、
　前記第２受光部で変換された電気信号を復調して情報を取得する復調部と、
　を備え、
　前記給電光には、変調により前記情報が予め重畳されている、
　受電装置。
　前記第２受光部は、前記第１受光部の受光面で反射された前記給電光を電気信号に変換する、
　請求項１に記載の受電装置。
　前記第１受光部及び前記第２受光部を内部に収容する受光室を備え、
　前記受光室は、前記第１受光部の受光面に対向する部分に、前記給電光を外部から入射させる開口を有する、
　請求項２に記載の受電装置。
　前記受光室の内壁面は、光を拡散させる凹凸を有するか、光の吸収率が高い色に構成されているか、又はその双方の構成を有する、
　請求項３に記載の受電装置。
　前記給電光を伝送する光ファイバーを備え、
　前記第１受光部は、前記光ファイバーの出光面に受光面を対向させ、
　前記第２受光部は、前記光ファイバーのうち前記出光面よりも前記給電光の上流側の導波路部分に受光面を対向させている、
　請求項２～４のいずれか一項に記載の受電装置。
　前記給電光を前記第１受光部まで伝送する光ファイバーを備え、
　前記第２受光部は、前記光ファイバーの出光面から照射される光の照射範囲外に配置され、
　前記照射範囲は、以下の式（１）で定義される出射角θの２倍を頂角とする円錐状の範囲である、
　請求項２～５のいずれか一項に記載の受電装置。
　　　　ＮＡ＝ｎ・sinθ　　　　　　　　・・・（１）
　ただし、
　ＮＡ：光ファイバーの開口数
　ｎ：空気の屈折率
　前記第２受光部は、前記第１受光部の受光面を透過した前記給電光を電気信号に変換する、
　請求項１に記載の受電装置。
　前記第１受光部と前記第２受光部の間に配置された遮光板を備え、
　前記遮光板は、前記第１受光部の受光面を透過した前記給電光が通過する孔部を有する、
　請求項７に記載の受電装置。
　前記第１受光部の受光面を透過した前記給電光が入射する光導波路を備える、
　請求項７又は８に記載の受電装置。
　前記給電光は、所定の基本出力に、前記情報を変調した出力変化部分が重畳されている、
　請求項１～９のいずれか一項に記載の受電装置。
　前記第１受光部及び前記第２受光部の各々は、レーザー波長５００ｎｍ以下のレーザー媒体を含む光電変換素子である、
　請求項１～１０のいずれか一項に記載の受電装置。
　給電装置と受電装置を備え、
　前記給電装置は、変調により情報を重畳させた給電光を出力し、
　前記受電装置は、
　入射された前記給電光を電力に変換する第１受光部と、
　前記第１受光部の受光面で反射された前記給電光を電気信号に変換する第２受光部と、
　前記第２受光部で変換された電気信号を復調して前記情報を取得する復調部と、
　を有する、
　光給電システム。
　給電装置と受電装置を備え、
　前記給電装置は、変調により情報を重畳させた給電光を出力し、
　前記受電装置は、
　入射された前記給電光を電力に変換する第１受光部と、
　前記第１受光部の受光面を透過した前記給電光を電気信号に変換する第２受光部と、
　前記第２受光部で変換された電気信号を復調して前記情報を取得する復調部と、
　を有する、
　光給電システム。
　変調により情報が予め重畳された給電光を、第１受光部で受光して電力に変換する工程と、
　前記第１受光部の受光面で反射された前記給電光を、第２受光部で受光して電気信号に変換する工程と、
　前記第２受光部で変換された電気信号を復調して前記情報を取得する工程と、
　を含む受電方法。
　変調により情報が予め重畳された給電光を、第１受光部で受光して電力に変換する工程と、
　前記第１受光部の受光面を透過した前記給電光を、第２受光部で受光して電気信号に変換する工程と、
　前記第２受光部で変換された電気信号を復調して前記情報を取得する工程と、
　を含む受電方法。